ההתפתחות העוברית – חלון לאבולוציה

הראל זלץ, דוקטורנט במעבדתו של פרופסור איתי ינאי מהפקולטה לביולוגיה, חוקר את המנגנון המולקולרי של ההתפתחות העוברית במטרה לשפוך אור נוסף על תורת האבולוציה

מאת דניאל נויפלד

“מתמקד בנקודה ספציפית באמצע ההתפתחות העוברית.” הראל זלץ

מאז הולדתה במאה ה-19 מסעירה תורת האבולוציה את השיח הציבורי, הדתי, החברתי והתרבותי. התורה שעליה חתום צ’רלס דרווין (אף שרבים המדענים שתרמו לגיבושה) ממשיכה לקרוא תיגר על התפיסה הבריאתנית לפיה נבראו היצורים החיים השונים בעת ובעונה אחת.

תורת האבולוציה נולדה בעקבות התקדמות נרחבת בחקר הביולוגיה בתחילת המאה ה-19 וגיבושן של תפיסות חדשות לגבי התפתחות היצורים החיים. אחת מאבני הדרך במסע המדעי הזה היתה התאוריה של ארנסט הקל (Haeckel), שגילה בתצפיות-מיקרוסקופ את הדמיון העצום בין עוברים של בעלי חוליות שונים וקבע כי התפתחותו של עובר ליצור חי מהווה מעין תקציר של תולדות המין שלו. מתנגדי האבולוציה טענו שהקל זייף את איוריו וכי תצפיותיו הן מעשה של זיוף והונאה. היום, יותר ממאה שנים לאחר מכן, ממשיכה התיאוריה של הקל להדהד במעבדות רבות בעולם. אחת מהן היא מעבדתו של פרופ’ איתי ינאי בפקולטה לביולוגיה, שם עובד הראל זלץ על הדוקטורט שלו.

בין העכבר לתרנגולת

“באמצעות הכלים המחקריים שברשותנו אפשר כיום לבדוק אם יש בסיס מולקולרי לאיורים של הקל,” מסביר זלץ, “ואנחנו מגלים כי ההתפתחות העוברית היא אכן מעין חלון לאבולוציה. העוברים כולם מתחילים כתא אחד שעובר כמה חלוקות עד ליצירת עובר, וכל עובר שונה מחברו. חוקרים רבים מנסים לאפיין את המסלול הזה, ואני מתמקד בנקודה ספציפית באמצע ההתפתחות העוברית: השלב השמור, שבו העוברים השונים דומים זה לזה מבחינה צורנית ומבחינת פרופיל הגנים שהם מבטאים.”

בהנחה שכל המינים בטבע נוצרו מאב קדמון משותף אפשר להסתכל על השלב השמור כנקודת מוצא וכך למפות את התפצלות המינים. כיום, לדברי זלץ, “אפשר ללמוד הרבה גם על היווצרות ההבדלים העצומים בין מין למין. לעתים אנחנו רואים שני עוברים דומים מאוד בפרופיל הגנטי שלהם, שמתפתחים לשני יצורים שונים לחלוטין. לדוגמה, במאמר שהתפרסם ב-2010 הראו החוקרים (Naoki Irie & Shigeru Kuratani) דמיון עצום בפרופיל הביטוי הגנטי של העובר בין עכבר, צפרדע, תרנגולת ודג-זברה. ההסבר לכך הוא שהבדלים מזעריים בגנום גורמים לכך שביצור אחד תיפתח רשת גנים שלמה שלא תיפתח ביצור השני. דמיון כזה מלמד אותנו הרבה על המנגנון המולקולרי של הדנ”א שלנו, שעדיין סמוי מאתנו במידה רבה.”

אבולוציה ללא סלקציה

במחקרו עובד הראל זלץ עם זנים שונים של תולעי C.elegans, שהן חיית מודל פופולרית מאוד במחקרים בגנטיקה ובביולוגיה התפתחותית. לתולעים אלה כמה יתרונות מחקריים: היותן שקופות, התפתחותן המהירה והעובדה שמיפוי הגנום שלהן הושלם.

“יצורים בטבע נמצאים כל הזמן בתחרות, שגורמת להם להתאים את עצמם לסביבה,” מסביר זלץ. “זו הברירה הטבעית. אבל אנחנו במעבדה יצרנו מערכת שבה זנים נוצרים ללא תחרות, כלומר בלי סלקציה. בכך אנחנו מאפשרים לדנ”א של התולעים האלה לעבור שינויים מבלי לכפות עליהן תכונה ספציפית. למעשה אנחנו נותנים לאבולוציה לעבוד בלי מרכיב מרכזי שלה: הברירה הטבעית. התוצאה היא ששינויי דנ”א מקריים בתולעת יעברו לצאצאים שלה, שיצברו שינויים נוספים וכן הלאה. השינוי המצטבר במשך דורות רבים של תולעים מוביל לרשת גנים חדשה כמעט לגמרי.”

כתוצאה מהעדר סלקציה, הנקודה השמורה שבה עוֹברים העוּברים בדרך להפיכתם ליצור שלם הופכת לאזור הכי מתירני מבחינת הגנים המתבטאים בה. “לא כל העוברים שורדים את התהליך,” מבהיר זלץ. “בעוברים ששרדו אנחנו בוחנים את הגנים ואת תוצרי הביטוי שלהם, ומקבלים מפה שמתארת את כל הגנים הידועים בנקודות הזמן שבדקנו.”

איברים בהזמנה

מפות הגנים המתקבלות באמצעות כלי המחקר החדשים צפויות לתרום לפענוח מנגנון ההתפתחות העוברית, שעד כה לא נבחן ברמה הזאת. המחקר במעבדתו של פרופ’ ינאי מגלה קשרים בין גנים שלא היו ידועים לפני כן, ועל בסיס הידע הקיים על תפקיד הגנים אפשר להבין טוב יותר את המתרחש בהתפתחות העוברית. “אם נוכל לאפיין את ההתפתחות הזאת ולהבין איך תא מסוים מתמיין והופך לאיבר, אין סיבה שלא נוכל ליצור איברים בעתיד,” אומר זלץ. “זה ידרוש כמובן שנים רבות של מחקר, אבל אני מאמין שנגיע לשם. המדע שייצא מהמחקר הזה יוכל לספר לנו הרבה על מנגנונים, על קשרים בין גנים, על האופן שבו גנים מסוימים מתבטאים יחד או בנפרד ועל רמת ה’מתירנות’ בתהליך ביטוי הגנים. מתוך מנגנונים מולקולריים צומחים הרבה דברים חשובים, כמו תרופות ודרכי טיפול אחרות במחלות שונות.”

הנאה מחקרית

מעבדתו של פרופסור איתי ינאי בולטת בגיבוש החברתי בין חבריה, וחלק ניכר מהקרדיט מגיע להראל ולגיטרה שלו. “לכל אחד במעבדה הזאת יש תחומי ידע שהוא יותר חזק בהם, ומקובל מאוד אצלנו לעזור ולתמוך זה בזה,” הוא אומר. “הפן החברתי חזק מאוד ואנחנו נפגשים גם אחרי העבודה – הרבה בזכות איתי. כשהוא מגייס אנשים חדשים חשוב לו מאוד שהם יסתדרו עם הצוות הקיים.”

ביקשתי מזלץ לשתף אותנו בסוד: איך מבצעים מחקר משמעותי ותובעני בלי לוותר על סיפוק והנאה? “חשוב מאוד ליהנות, כי כשאתה בא בבוקר אין לך מושג אם תצליח להשיג את המטרות שקבעת לעצמך. לפעמים המחקר נתקע ואתה מרגיש חסר מטרה, כאילו מה שאתה עושה לא ממש חשוב. אבל זה לא נכון וצריך לשנות את התפיסה. לזכור שאנחנו עושים כאן משהו חדש, חוקרים משהו שאף אחד עדיין לא חקר. המטרה שלנו היא ליהנות ממה שאנחנו עושים, זה הכי חשוב.”

דניאל נויפלד היא סטודנטית בפקולטה לביולוגיה. הריאיון נערך במסגרת הקורס “תקשורת המדע”, המתקיים בפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה ופתוח לכל הסטודנטים בטכניון.